金刚石多晶体以及金刚石多晶体的制造方法技术

该金刚石多晶体具有作为基本组成的金刚石单相，其中金刚石多晶体由多个平均粒径为30nm以下的金刚石颗粒构成，并且金刚石多晶体的碳悬空键密度为10ppm以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金刚石多晶体以及金刚石多晶体的制造方法
本公开涉及一种金刚石多晶体以及制造金刚石多晶体的方法。本申请要求在2017年11月17日提交的日本专利申请No.2017-221932的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
金刚石多晶体具有优异的硬度，不具有硬度的方向性，并且不具有可解理性。因此，金刚石多晶体广泛用于诸如切削刀头、修整器和模具之类的工具以及钻头等。通过在金刚石热力学稳定的高压和高温下(通常，压力为约5GPa至8GPa，并且温度为约1300℃至2200℃)，将作为原料的金刚石粉末与烧结助剂和结合剂一起烧结从而获得常规金刚石多晶体。可用的烧结助剂的实例包括：铁族元素金属，例如Fe、Co或Ni；碳酸盐，例如CaCO3；等。可用的结合剂的实例包括陶瓷，例如SiC。由此获得的金刚石多晶体包括使用的烧结助剂和使用的结合剂。烧结助剂和结合剂对金刚石多晶体的诸如硬度和强度之类的机械性能和耐热性具有较大影响。还已知以下金刚石多晶体：通过酸处理除去烧结助剂的金刚石多晶体；以及使用耐热SiC作为结合剂以实现优异的耐热性的金刚石多晶体。然而，这些金刚石多晶体具有较低的硬度和较低的强度，因此作为工具材料的机械性能不足。同时，诸如石墨、玻璃碳或无定形碳之类的非金刚石碳材料可以在非常高的压力和温度下直接转化为金刚石，而不使用烧结助剂等。在从非金刚石相直接转化为金刚石相的同时，通过烧结非金刚石碳材料获得金刚石单相的多晶体。F.P.Bundy,J.Chem.Phys.,38(1963),pp631-643(非专利文献1)、M.Wakatsuki,K.Ichinose,T.Aoki,Japan.J.Appl.Phys.,11(1972),第578-590页(非专利文献2)以及S.Naka,K.Horii,Y.Takeda,T.Hanawa,Nature259(1976),第38页(非专利文献3)各自公开了使用石墨作为原料，通过在14GPa至18GPa、3000K以上的超高压高温下的直接转化而获得金刚石多晶体。T.Irifune,H.Sumiya,“NewDiamondandFrontierCarbonTechnology”,14(2004),p313(非专利文献4)以及Sumiya,Irifune,SEITechnicalReview165(2004),第68页(非专利文献5)各自公开了使用高纯度高结晶性石墨作为初始材料，通过以12GPa以上、2200℃以上的超高压高温间接加热，从而通过直接转化和烧结获得致密和高纯度金刚石多晶体的方法。引用列表非专利文献非专利文献1：F.P.Bundy,J.Chem.Phys.,38(1963),pp631-643非专利文献2：M.Wakatsuki,K.Ichinose,T.Aoki,Japan.J.Appl.Phys.,11(1972),pp578-590非专利文献3：S.Naka,K.Horii,Y.Takeda,T.Hanawa,Nature259(1976),p38非专利文献4：T.Irifune,H.Sumiya,“NewDiamondandFrontierCarbonTechnology”,14(2004),p313非专利文献5：Sumiya,Irifune,SEITechnicalReview165(2004),p68
技术实现思路
根据本公开的一个实施方案的金刚石多晶体是[1]一种基本上由金刚石单相组成的金刚石多晶体，其中金刚石多晶体由多个平均粒径为30nm以下的金刚石颗粒组成，并且金刚石多晶体的碳悬空键密度为10ppm以上。根据本公开的另一实施方案的制造金刚石多晶体的方法是这样[2]一种制造金刚石多晶体的方法，该方法包括：准备石墨化度为0.2以下的非金刚石碳材料；以及在金刚石热力学稳定的压力和温度条件下，在不添加烧结助剂和结合剂的情况下通过将非金刚石碳材料直接转化为立方金刚石和六方金刚石，并且烧结非金刚石碳材料，从而获得金刚石多晶体。具体实施方式[本公开要解决的问题]然而，通过使电流直接通过诸如石墨之类的导电性非金刚石碳材料来加热的直接电加热方法制造非专利文献1至3中各自的金刚石多晶体。因此，不可避免的是未转化的石墨残留。此外，金刚石的粒径不均匀，并且烧结可能部分不足。因此，仅获得了具有不足的诸如硬度和强度之类的机械性能的碎片状多晶体，因此，非专利文献1至3各自的金刚石多晶体还没有实际应用。通过非专利文献4和5各自的方法获得的金刚石多晶体具有非常高的硬度。然而，通过非专利文献4和5各自的方法获得的金刚石多晶体具有不足的诸如耐磨性、耐缺损性和耐裂纹扩展性之类的性能，并且不稳定。因此，本专利技术的目的是提供一种在维持高硬度的同时具有优异的强度的金刚石多晶体，以及制造该金刚石多晶体的方法。[本公开的有利效果]根据上述实施方案，可以提供在维持高硬度的同时具有优异的强度的金刚石多晶体，以及制造该金刚石多晶体的方法。[实施方案的描述]首先，列举并且描述本公开的实施方案。根据本公开的一个实施方案的金刚石多晶体是(1)一种基本上由金刚石单相组成的金刚石多晶体，其中金刚石多晶体由多个平均粒径为30nm以下的金刚石颗粒组成，并且金刚石多晶体的碳悬空键密度为10ppm以上。因此，金刚石多晶体可以在维持高硬度的同时具有优异的强度。(2)优选地，金刚石多晶体包括选自由氢、氧和氮组成的组中的至少一种元素作为杂质，并且金刚石多晶体中的氢、氧和氮各自的浓度为1ppm以下。当金刚石多晶体中的杂质浓度在上述范围内时，金刚石多晶体可以具有特别优异的强度。(3)优选地，金刚石多晶体中的氮的浓度小于0.1ppm。当金刚石多晶体中的氮的浓度在上述范围内时，金刚石多晶体可以具有特别优异的强度。(4)优选地，在金刚石多晶体中，在以1N/秒的负荷速度将尖端半径为50μm的球形金刚石压头压在金刚石多晶体的表面的断裂强度试验中，裂纹产生负荷为10N以上。上述金刚石多晶体可以具有优异的断裂强度和优异的耐缺损性。根据本公开的另一方面的制造金刚石多晶体的方法是(5)一种制造金刚石多晶体的方法，该方法包括：准备石墨化度为0.2以下的非金刚石碳材料；以及在金刚石热力学稳定的压力和温度条件下，在不添加烧结助剂和结合剂的情况下通过将非金刚石碳材料直接转化为立方金刚石和六方金刚石，并且烧结非金刚石碳材料，从而获得金刚石多晶体。因此，可以获得在维持高硬度的同时具有优异的强度的金刚石多晶体。[实施方案的描述]下面描述根据本公开的一个实施方案的金刚石多晶体的具体实例。在本说明书中，表述“A至B”表示范围的下限至上限(即，A以上B以下)。当没有指明A的单位而仅指明B的单位时，A的单位与B的单位相同。当用化学式表示本文中的化合物并且当原子比没有特别限制时，包括常规已知的所有原子比，并且原子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基本上由金刚石单相组成的金刚石多晶体，其中/n所述金刚石多晶体由多个平均粒径为30nm以下的金刚石颗粒组成，并且/n所述金刚石多晶体的碳悬空键密度为10ppm以上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171117 JP 2017-2219321.一种基本上由金刚石单相组成的金刚石多晶体，其中
所述金刚石多晶体由多个平均粒径为30nm以下的金刚石颗粒组成，并且
所述金刚石多晶体的碳悬空键密度为10ppm以上。


2.根据权利要求1所述的金刚石多晶体，其中
所述金刚石多晶体包含选自由氢、氧和氮组成的组中的至少一种元素作为杂质，并且
所述金刚石多晶体中的所述氢、所述氧和所述氮各自的浓度为1ppm以下。


3.根据权利要求2所述的金刚石多晶体，其中
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：角谷均，石田雄，滨木健成，山本佳津子，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP